一种改善煤灰熔融特性的复合助熔剂及其制备方法和应用技术

一种改善煤灰熔融特性的复合助熔剂及其制备方法和应用。所述复合助熔剂由CaO和赤泥复合而成，复合助熔剂的化学成分及质量含量为：碱性氧化物为56.1％～90.6％，酸性氧化物为9.4％～43.9％。本发明专利技术所提供的复合助熔剂不但能有效改善高灰熔点煤灰的熔融特性，使其适用于液态排渣的气流床气化炉，而且能实现污染废物赤泥的资源化利用，具有良好的经济效益和社会效益。

A Composite Flux for Improving the Fusion Characteristics of Coal Ash and Its Preparation Method and Application

The invention relates to a composite flux for improving the melting characteristics of coal ash, a preparation method and application thereof. The composite flux is composed of CaO and red mud. The chemical composition and mass content of the composite flux are 56.1%-90.6% of basic oxide and 9.4%-43.9% of acidic oxide. The composite flux provided by the invention can not only effectively improve the melting characteristics of high ash melting point coal ash, make it suitable for the gas bed gasifier with liquid slag discharge, but also realize the resource utilization of red mud from polluted waste, with good economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种改善煤灰熔融特性的复合助熔剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种改善高灰熔点煤灰熔融特性的复合助熔剂及其制备方法和应用。
技术介绍
我国的能源结构具有“富煤少油”的特点，如何清洁高效地利用这些丰富的煤炭资源成为国家及相关科研人员关注的重点。作为一种高效洁净的煤转化技术，煤气化技术日益受到重视。其中，气流床煤气化技术具有煤种适应性广、操作压力和温度高、碳转化率高、生产强度和规模大等特点，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。气流床气化技术多采用液态排渣。因此，用于气化的原料煤中的灰分必须在低于气化温度下发生熔融。然而，我国的煤炭资源中50％以上是高灰熔点煤，如何降低这些高灰熔点煤的灰熔融温度，使其适用于气流床气化是一个亟待解决的问题。降低煤灰熔融温度的方法主要有两种，一种是将高灰熔点煤与低灰熔点煤混配，另一种是添加助熔剂。前者由于涉及到不同区域间煤的运输问题，会增加整个流程的成本。后者虽然不存在上述问题，但大量添加助熔剂会增加灰含量，降低气化效率。因此研制高效经济的助熔剂，使其在少量添加的情况下，即可将高灰熔点煤的熔融特性降低到适宜气流床气化的温度范围内，是当前煤气化领域亟待解决的问题之一。当前研究较多的助熔剂包括钠基、钙基、镁基、铁基等单一或者两元及多元复合的助熔剂。这些助熔剂对于不同煤种均具有一定的助熔效果。钠基助熔剂具有较好的助熔性，但由于碱金属对气化炉内衬材料会产生强烈的腐蚀作用，一般不为工业装置所采用。铁基和镁基助熔剂的助熔效果良好，但由于成本较高，使用受到限制。钙基助熔剂价格低廉，且具有较好的助熔效果，成为工业上广泛使用的助熔剂。氧化钙和石灰石是典型的钙基助熔剂代表，在工业上被广泛应用，但其一般添加量较大，一方面会增加耗氧量和排渣热损失，另一方面有可能会引起气化炉堵渣停车，造成经济损失。因此经济高效助熔剂的开发有待深入研究。CN1970698A公开了一种降低淮南煤灰熔点的复合助熔剂，其组成为(重量％)：CaCO382％～93％；Fe2O32％～16％；其余为MgCO3。该助熔剂均匀混入煤中，在气化过程中可改变灰渣熔融特性，降低灰熔点和灰粘度，从而使灰渣以液态形式顺利排出。CN101665737A提供了一种改善粉煤气化灰渣熔融特性的高效复合助熔剂，该助熔剂由两种或两种以上含有碱性氧化物矿石粉复合而成，其可以有效改善皖北矿区煤的熔融特性。CN104479793A公开了一种降低粉煤气化灰渣灰熔点的复合助熔剂，所述助熔剂由造纸污泥粉样和石灰石粉样以1:1～1:3的比例混合而成，其不但可以降低煤灰熔点，又实现了造纸污泥的资源化利用，同时还可以利用造纸污泥的热量。上述专利技术均能降低特定煤灰的熔点，但其所述助熔剂存在成本较高或助熔剂添加量较大等问题。如采用Fe2O3、MgCO3等与石灰石复合，相比于单纯使用石灰石而言成本较高。对于变形温度、软化温度及流动温度均大于1520℃的高灰熔点煤而言，使用造纸污泥与石灰石复合的助熔剂降低灰熔点时，需要的添加量较大，造成氧耗、能耗增加及气化效率降低的不利后果。赤泥是在生产氧化铝的过程中产生的废渣，大体上每生产1吨氧化铝会产生0.6～1.8吨赤泥。国内赤泥除少量应用于水泥生产、制砖外，大多露天筑坝堆存，不但占用大量土地，而且维护费用高昂，增加了氧化铝的生产成本。此外，强碱性、高盐度的赤泥废液会污染水体，造成生态环境的破坏。从另一个角度来看，赤泥中含有较多矿物质，是一种资源，如能将其合理利用，不但能解决生态环境问题，还会产生较高的社会经济价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种改善高灰熔点煤灰熔融特性的复合助熔剂及其制备方法和应用，既解决了高灰熔点煤灰的熔融性差的技术问题，又解决了污染废物赤泥的资源化如何合理利用的问题。本专利技术提供的改善煤灰熔融特性的复合助熔剂，所述复合助熔剂由CaO和赤泥复合而成，复合助熔剂的化学成分及质量含量为：碱性氧化物为56.1％～90.6％，酸性氧化物为9.4％～43.9％，优选，碱性氧化物为62.4％～88.9％，酸性氧化物为11.1％～37.6％，所述碱性氧化物包括CaO、Fe2O3和Na2O，所述酸性氧化物包括Al2O3、SiO2。优选，所述酸性氧化物中包括TiO2，其在复合助熔剂中的质量含量低于4％。优选，碱性氧化物CaO在复合助熔剂中的质量含量为26.2％～83.6％，优选为36.0％～77.2％。优选，碱性氧化物Fe2O3在复合助熔剂中的质量含量为5.6％～22.4％。优选，酸性氧化物Al2O3在复合助熔剂中的质量含量为4.0％～20.3％。本专利技术所述赤泥是氧化铝工业产生的废渣，所述赤泥选自拜耳法赤泥、烧结法赤泥和混联法赤泥中的一种或几种，所述赤泥的主要化学成分为CaO，Fe2O3，Al2O3，SiO2，Na2O。本专利技术所述复合助熔剂对赤泥的来源和组成没有特定的要求。赤泥是在生产氧化铝的过程中产生的废渣，大体上每生产1吨氧化铝会产生0.6～1.8吨赤泥。根据氧化铝生产工艺的不同，赤泥一般分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和混联法赤泥，其中烧结法又称为碱石灰烧结法，需要添加大量的石灰进行配料，因此其中CaO含量较高。利用国内矿石(主要是一水硬铝石型)进行高温拜耳法时，也需要添加一定量的石灰进行溶出，而利用国外矿石(主要是三水铝石型)进行低温拜耳法溶出时，则不需要添加石灰石，因此其化学成分中CaO含量相对较低。典型的烧结法赤泥主要成分重量比：SiO215％～20％，Fe2O312％～15％，Al2O36％～9％，CaO35％～45％，Na2O2％～3％。混联法和烧结法所产生赤泥的成分大致相同，氧化铁及氧化铝的含量均较低。为了更好地改善高灰熔点煤灰熔融特性，本专利技术优选所述赤泥为拜耳法赤泥，其主要化学成分及质量含量为：SiO218％～25％，Fe2O328％～35％，Al2O318％～25％，CaO2％～6％，Na2O8％～12％。本专利技术提供上述任一复合助熔剂的制备方法，包括，将CaO和赤泥按照一定比例混合，研磨并混合均匀。本专利技术提供上述任一复合助熔剂的应用方法，包括，按照质量含量，将2％～6％的所述复合助熔剂，加入高灰熔点煤中，混合均匀后，在粉煤气化液态排渣的气流床气化炉中进行气化。本专利技术所提供的复合助熔剂不但能将固体废物赤泥变废为宝，而且助熔效果优良，仅为2％～6％的添加量即可将高灰熔点煤灰的流动温度降低到1400℃以下，保证液态排渣的粉煤气化气流床气化炉的操作温度在适宜的范围内。同时，由于CaO的添加量较少，避免了工业上因大量加入CaO或CaCO3等助熔剂引起的堵渣停车问题，为气流床气化炉的稳定运行提供了有力保障。本专利技术所提供的复合助熔剂不但能有效改善高灰熔点煤灰的熔融特性，使其适用于液态排渣的气流床气化炉，而且能实现污染废物赤泥的资源化利用，具有良好的经济效益和社会效益。具体实施方式以下通过实施例来进一步阐明本专利技术，但应该理解的是，此处说明并不是对本专利技术的限制，仅作示例说明。实施例中所用的CaO为北京化工厂生产的分析纯试剂。实施例中所用赤泥是氧化铝工业产生的废渣，实施例1-5中所用的赤泥为拜耳法赤泥，其主要化学成分及其质量含量为：Fe2O328.3％，Al2O324.5％，SiO218.2％，Na2O10.2％，CaO5.6％，TiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善煤灰熔融特性的复合助熔剂，其特征在于，所述复合助熔剂由CaO和赤泥复合而成，复合助熔剂的化学成分及质量含量为：碱性氧化物为56.1％～90.6％，酸性氧化物为9.4％～43.9％，所述碱性氧化物包括CaO、Fe2O3和Na2O，所述酸性氧化物包括Al2O3、SiO2。

【技术特征摘要】
1.一种改善煤灰熔融特性的复合助熔剂，其特征在于，所述复合助熔剂由CaO和赤泥复合而成，复合助熔剂的化学成分及质量含量为：碱性氧化物为56.1％～90.6％，酸性氧化物为9.4％～43.9％，所述碱性氧化物包括CaO、Fe2O3和Na2O，所述酸性氧化物包括Al2O3、SiO2。2.根据权利要求1所述的复合助熔剂，其特征在于，复合助熔剂的化学成分及质量含量为：碱性氧化物为62.4％～88.9％，酸性氧化物为11.1％～37.6％。3.根据权利要求1或2所述的复合助熔剂，其特征在于，所述酸性氧化物中包括TiO2，其在复合助熔剂中的质量含量低于4％。4.根据权利要求1或2所述的复合助熔剂，其特征在于，碱性氧化物CaO在复合助熔剂中的质量含量为26.2％～83.6％，优选为36.0％～77.2％。5.根据权利要求1或2所述的复合助熔剂，其特征在于，碱性氧化物Fe2O3在复合助熔剂中的质量含量为5.6％～22.4％。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳芳，张然，崔龙鹏，王芳杰，崔佃淼，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11